Binnenin de processor: zo ontstaan computerchips

De afwerking

Het proces is ingewikkeld en de machines worden steeds complexer, maar het eindresultaat is telkens hetzelfde: een ronde wafer met daarop enkele tientallen chips. Langs de onderkant is de wafer gewoon grijs: het originele siliciumkristal is daar volledig intact. Bovenaan glinstert de chip in verschillende kleuren. Dat is het resultaat van de verschillende koperen interconnects, die het licht op unieke manieren breken. Het hele proces, van wafer tot chip, duurt al snel enkele weken. Intel communiceert niet meer over de exacte snelheid van het productieproces, maar laat ons weten dat de wafer op minder dan zes weken door de fab passeert.

Een fijne diamantzaag verdeelt de wafer nu in individuele chips. Die worden vervolgens grondig getest. Iedere chip op eenzelfde wafer is gemaakt met hetzelfde ontwerp, maar dat wil niet zeggen dat ze identiek zijn. Tijdens het productieproces wordt materiaal telkens van het midden uit verspreid over de wafer. Groeseneken: “Daarom is die ook rond, terwijl de chips zelf rechthoekig zijn.” Ondanks de geweldige nauwkeurigheid van het hele proces is enige variatie onvermijdelijk. Dat resulteert in chips met een identiek design, maar een licht verschillende kloksnelheid. Intel test de chips, bepaalt de kloksnelheid die ze consequent halen (met een gezonde marge) en geeft ze een verschillend typenummer. De Intel Core i5-4460 en de Intel Core i5-4440S bijvoorbeeld, hebben een identiek ontwerp maar de kloksnelheid van die laatste ligt net iets lager. Beide chips zijn dus afkomstig van dezelfde wafers en hebben exact dezelfde stappen doorlopen.

Substraat

Na het testen wordt de chip ‘geflipt’. De glinsterende bovenkant komt, wanneer het over een processorchip gaat, in een substraat terecht. Dat substraat heeft langs de onderzijde een heleboel gouden verbindingen. Die verbindingen sluiten rechtstreeks aan op de bovenste interconnects van de chip. Je klikt de chip met de pinnen van het substraat naar omlaag in het moederbord, zodat de processor kan praten met je systeem. Langs de andere kant komt een hittegeleidend metaal, dat tegen het silicium van de chip plakt, zonder ruimte voor lucht. Daarlangs verdwijnt de hitte, meestal via een koeler die jij of een computerfabrikant tegen de chip duwen.

Niet alleen processors worden op een dergelijke manier gemaakt: alle computerchips volgen een gelijkaardig productieproces. Het design (de maskers en de opeenvolging van stappen) is anders, maar de essentie blijft hetzelfde. In het geval van een grafische kaart komt de chip dan niet in een substraat terecht, maar in een gpu.

Altijd hetzelfde

Computers en chips worden steeds krachtiger, maar het principe blijft sinds de uitvinding van de CMOS hetzelfde. Het proces begint met een wafer, laag na laag krijgt die wafer nieuw materiaal, gedeponeerd in door lithografie bepaalde patronen. Onderaan zit de transistor, daarboven liggen de interconnects die de transistors met elkaar verbinden. Zo komen logische schakelingen tot stand, zoals AND, OR, NAND en NOR-schakelingen, of registers zoals flip flops. Die maken de chip slim, zodat hij code kan uitvoeren. Op die elementaire code wordt software gebouwd, zodat ook jij de chip kan gebruiken.